Ядерные излучения и жизнь

Первое представление о работе этого механизма ученые получили тогда, когда удалось при длительном облучении разновидности кишечной палочки, особенно устойчивой к радиации, получить форму, отличающуюся очень высокой радиочувствительностью. Измененный микроорганизм во всех остальных отношениях не отличался от устойчивого штамма, но погибал при дозах радиации, не влияющих на здоровье исходной разновидности. Высокая чувствительность нового штамма связана, вероятно, с нарушением функции восстановительной системы. Поскольку возникшие изменения - результат нарушения продукции одного или нескольких ферментов, можно предположить, что и темновая реактивация, подобно фотореактивации, осуществляется одним или несколькими ферментами. Сейчас ученые выделяют эти ферменты и изучают их свойства; кое-что о механизме "починки" поврежденной ДНК мы уже знаем.

Если фермент фотореактивации попросту расщепляет димеры тимина, то ферменты темнового восстановления, имеющие дело с более грубыми и разнообразными повреждениями ДНК, действуют иначе (рис. 5). Сначала поврежденный участок молекулы ДНК (одной ее цепочки) удаляется вместе с соседними неповрежденными нуклеотидами; благодаря второй цепочке целостность молекулы при этом не нарушается. Затем к месту дефекта поступают строительные материалы: азотистые основания, фосфаты, сахара, и целостность "оперированной" нити ДНК восстанавливается. Азотистые основания на отремонтированном участке выстраиваются не как придется, а в том же порядке, в каком были в нити ДНК до облучения. Это достигается благодаря присутствию второй, комплементарной нити, каждое азотистое соединение которой подбирает себе строго определенную пару. Восстанавливается, таким образом, не только целостность структуры молекулы ДНК, но и полный объем наследственной информации, закодированной в ней. Каждый этап темновой репарации (удаление повреждения, расширение дефекта, синтез нового участка цепи, сшивание нити) осуществляется при участии отдельного фермента или ферментной системы.

Чтобы установить все детали этого процесса, ученым Р. Сэтлоу и П. Говард-Фландерсу пришлось осуществить очень тонкие опыты на культурах облученных микробов, размножающихся в среде с тимином, содержащим метку, - радиоактивный атом трития Н3 (тяжелого изотопа водорода). Им удалось показать, что у бактерий, чувствительных к облучению, вся метка оказалась включенной в ДНК, тогда как у устойчивой к радиации культуры микробов часть метки содержалась в небольших фрагментах ДНК, очевидно, удаленных из молекулы в процессе ее ремонта. В других исследованиях в качестве метки был использован искусственный аналог тимина - 5-бромурацил.

ДНК, отремонтированная группой ферментов темновой реактивации, способна, как показали специальные исследования, к удвоению и к передаче наследственной информации, что является гарантией высокого качества проведенного ремонта.

Итак, микроорганизмы и клетки более сложно устроенных живых существ обладают очень точным и быстродействующим ферментативным механизмом, осуществляющим "текущий ремонт" молекул ДНК, исправление возникающих в них лучевых дефектов - защиту ДНК от разрушительного действия излучений.

Рис. 5. Схема процесса темнового восстановления структуры ДНК, поврежденной радиацией а - двойная цепочка ДНК с дефектом (димер темина), б - разрыв дефектной цепи, в - удаление поврежденного участка нити ДНК, г - восстановление исходной структуры ДНК

Но не только излучения нарушают структуру ДНК, искажая смысл кодированных сообщений. Большая группа химических веществ, не только созданных руками человека, но и возникающих внутри организма в ходе процессов обмена веществ, взаимодействуя с азотистыми основаниями или другими компонентами ДНК, вносит ошибки в наследственный код. Такими свойствами обладают, в частности, хиноидные и липидные радиотоксины и другие необычные вещества, накапливающиеся в облученном организме. Очевидно, и многие повреждения ДНК, вызываемые химическими препаратами, устраняются в процессе восстановления. Очень интересно и важно было бы установить, существуют ли специальные ферментные механизмы для противодействия каждому из вредоносных агентов, или все эти повреждения устраняются одной восстановительной системой.